[후니의 쉽게 쓴 시스코 네트워킹] PART 04. 네트워크 장비에 관한 이야기

section 01. 랜카드도 세팅해야 하나요?

*NIC

network interface card (랜카드)

1. 유저의 데이터를 케이블에 실어서 허브, 스위치, 라우터 등으로 전달 

2. 전달된 데이터를 CPU에게 전달 

- 들어온 프레임의 목적지 MAC address를 보고 자신의 MAC address와 비교한 후 자기 것이 아니면 버린다 

 

설치 위치에 따른 구분

- 데스크톱 랜카드

각 데스크탑에서 사용하는 BUS 방식을  고려하여 데스트톰 랜카드를 결정해야 한다 

- 노트북용 랜카드 

PCMCIA 방식

 

속도에 따른 구분

100Mbps

10Gbps 등등 

7레이어를 지나는 동안 데이터들이 추가되고, 다양한 overhead가 존재하기에 실제로 저 정도의 속도가 나오지는 않는다 

 

접속 케이블에 따른 구분

TP, BNC, AUI 포트를 가진 랜카드

광케이블과 접속하는 랜카드 등등 

 

section 02. 허브 이야기 그 첫 번째

랜카드가 설치된 각각의 pc들은 케이블을 타고 허브에 연결된다 

같은 허브에 연결된 pc끼리는 서로 통신이 가능하다 

랜카드에 맞는 허브를 선택하는 것이 중요하다

(랜카드는 100 Mbps용인데 허브는 10 Mbps용이라면 속도는 10 Mbps가 된다)

랜카드, 케이블, 허브만 있으면 허브에 접속된 모든 pc가 서로 통신이 가능하다 (외부로는 일단 못 나감)

 

허브

Multiport Repeater

* Multiport 

포트가 많이 붙어 있다

*Repeater

들어온 데이터를 그대로 재전송한다

- 케이블은 전송 거리에 제약이 있다. 

- 멀리 떨어진 곳으로 데이터를 전송하기 위해 들어온 데이터를 다른 곳으로 전달해주는 장비 

- 현재는 허브가 그 역할을 대신한다 

=> 허브는

포트가 여러 개 달린 장비이며, 한 포트로 들어온 데이터를 나머지 모든 포트로 뿌려주는 장비 

 

이더넷 허브는 

CSMA/CD의 적용을 받아서 

하나의 pc가 허브에 데이터를 보낼 때 다른 pc가 허브에 데이터를 보낸다면 충돌(collision)이 난다 

하나의 pc에서 collision이 나면 모든 pc들이 영향을 받는다 

이때 같은 허브에 연결되어 있는 모든 pc 들은 같은 collision domain에 있다고 말한다 

 

section 03. 허브의 한계

한 순간에 한 pc만 네트워크 상에서 데이터를 실어 보낼 수 있다 

그러므로 한 번의 충돌이 나면 허브에 붙어 있는 모든 pc들이 영향을 받는다 

콜리젼 도메인에 pc가 많을수록 더 많은 콜리젼이 발생한다

 

section 04. 허브 이야기 그 두 번째

허브의 3가지 종류 

인텔리전트 허브, 세미 인텔리전트 허브, 더미허브 

 

1. 인텔리전트 허브 

- NMS (네트워크 관리 시스템)을 통해 관리가 된다 

   -> 모든 데이터를 분석할 수 있고, 제어할 수 있다 

- Auto Partition

  자동으로 문제가 발생한 pc를 isolation 시킨다 

  허브에 연결된 한 pc가 고장 나 지속적으로 메시지를 보내 네트워크에 있는 모든 pc가 통신이 불가능할 때 (CSMA/CD 특성) pc가 연결된 포트를 자동으로 찾아내어 isolation 시킨다

 요즘에는 더미 허브에도 이 기능이 있기도 하다 

 

*stackable hub

- 쌓을 수 있는 허브 

- 백플레인이 빨라지고 

   하나가 고장 나도 다른 장비에 영향을 미치지 않는다 

- NMS을 이용하여 전체 스택 장비들을 한 대의 장비처럼 관리할 수 있다  

 

section 05. 허브의 끝과 스위치의 시작

허브를 사용할 땐 콜리젼 도메인이 너무 커지는 상황에 주의해야 한다 

이러한 문제를 해결하기 위해 

콜리전 도메인을 나눠줄 수 있는 브리지 (bridge) 또는, 스위치 (switch) 장비가 출현 

 

1번 pc와 2번 pc가 통신을 하는 동시에 3번 pc와 4번 pc가 통신을 하는 상황 일 때 

허브라면

 1, 2번 pc가 통신이 끝날 때까지 기다려야 한다 

 

스위치라면

다른 pc들이 동시에 통신할 수 있다 

각각의 포트에 연결된 pc가 독자적(Dedicated)하게 10 Mbps 혹은 100 Mbps의 속도를 갖는다고 말할 수 있다 

 

스위치

- 포트별로 콜리젼 도메인을 나눈다 

- 허브가 처리할 수 없는 콜리젼 문제의 해결이 가능하다 

- 허브에 비해 데이터를 처리하는 방법이 우수하다 

- 데이터 전송 에러 등을 복구해주는 기능 등 여러 기능을 가지고 있다 

- 포트 수 별로 차선이 만들어진다고 생각하면 된다 

- 데이터 속도가 일반적으로 허브에 비해 느리다 

 

그러나 모든 pc가 동일한 서버와 통신을 한다면 

콜리젼 도메인이 나누어져 있더라도 

서버와의 통신은 어느 한순간에는 하나의 pc만 가능하다 

(서버가 한대만 존재하기 때문에)

모든 장비가 무조건 어느 한 곳으로만 향하는 경우에는 허브나 스위치의 속도 차가 별로 안 난다 

 

이러한 조건들을 잘 고려하여 허브와 스위치를 선택하는 것이 좋다

그러나 요즘 스위치 가격이 저렴해지고, 네트워크 사용자들이 인터넷을 사용하여 많은 데이터를 주고받기에 허브보다는 스위치를 많이 사용한다 

 

section 06. 험한 세상의 브리지(다리?) 되어 그대 지키리

스위치를 이해하기 위해서는 브리지를 이해해야 한다 

콜리젼 문제는 작은 규모의 네트워크에서는 문제가 되지 않지만 

네트워크 규모가 커지면 문제가 생길 수 있다

이때 사용하는 것이 브리지이다

 

브리지

허브로 만들어진 콜리젼 도메인 사이를 반으로 나누고 중간에 다리를 놓는 것 

나뉜 곳은 동시에 통신이 가능하다 

다리를 건너지 않아도 된다면 다리를 못 건너게 하고,

통과해야 한다면 통과하게 하여 콜리젼 도메인을 나누어 준다 

 

또한, 스위치는 브리지와 유사한 역할을 한다 

 

section 07. 브리지/스위치의 기능 

1. Learning: 배운다
2. Flooding: 모르면 들어온 포트를 제외한 다른 모든 포트로 뿌린다
3. Forwarding: 해당 포트로 건네준다 
4. Filtering: 다른 포트로는 못 건너가게 막는다
5. Aging: 나이를 먹는다 

 

1. Learning

pc가 통신을 위해 프레임을 보내면 해당 pc의 mac address를 읽어서 자신의 mac address 테이블에 저장해 둔다

이후 다른 pc가 해당 pc에게 통신할 경우 자신의 브리지 테이블을 참고하여 다리를 건너게 할 것인지 아닌지를 결정한다 

=> 프레임을 받아서 출발지의 mac address를 확인하고 브리지 테이블에 정보를 써 둔다

 

2. Flooding

출발지를 제외한 나머지 포트로 데이터를 전송하는 것 

- 들어온 프레임에 적힌 mac address가 브리지 테이블에 저장된 것이 아니라면 브리지는 어디로 데이터를 보내야 할지 모른다  (한 번도 해당 주소로 통신을 한 적이 없기에 주소를 배우지 못했다)

- 이럴 때 들어온 브리지는 포트를 제외한 모든 포트로 데이터를 전송한다

브로드캐스트나 멀티캐스트에도 발생한다 

 

3. Forwarding

1. 목적지가 어디인지 알고 있고 (브리지 테이블에 저장됨)

2. 목적지가 출발지와 다른 세그먼트에 존재할 경우 

3. 해당 포트 쪽으로만 프레임을 뿌린다 

한번 이상 통신을 하여 목적지를 알고 있을 때 

 

 cf) foolding - 다리를 건너지만 모두에게 뿌린다 

forwarding - 다리를 건너지만 해당 포트로만 뿌린다 

 

4. Filtering

콜리젼 도메인을 나누는 역할 

1. 브리지가 목적지의 mac address를 알고

2. 출발지와 목적지가 같은 세그먼트에 있을 경우 

3. 다리를 막아 콜리젼 도메인을 나눈다 

만약 이 자리에 브리지 대신에 허브가 놓여 있었다면 이러한 콜리젼 도메인이 분리되지 않아 동시에 통신할 수 없다 

 

5. Aging

브리지 테이블에 저장된 내용 중 오래된 내용을 삭제하여 저장 공간을 유지하는 것 

- mac address를 브리지 테이블에 저장하고 나면 aging이 가동되어 저장한 뒤 300초 (기본 값)가 지나도록 해당 주소를 가진 프레임이 들어오지 않으면 브리지 테이블에서 삭제한다 

- 타이머가 끝나기 전에 브리지로 들어오면 타이머를 리셋하고 처음부터 다시 카운트한다 => aging 타이머를 refresh 한다 

 

스위치와 브리지의 차이점 

1. 가격: 스위치 > 브리지 

2. 인기: 스위치 > 브리지 

3. 스위치는 처리 방식이 하드웨어로 이루어진다 (ASIC - 처리 방식을 칩에 구워 만듦) 

4. 스위치는 서로 다른 속도를 연결해줄 수 있다 

5. 스위치는 브리지에 비해 제공하는 포트 수가 많다 

6. 스위치는 cut-through, store-and-forward 방식을 사용하지만 브리지는 오직 store-and-forward 방식을 사용 

 

section 08. Looping(뺑뺑이)는 왜 생길까요?

Looping (루핑)

프레임이 네트워크 상에서 무한정으로 뺑뺑 도는 현상 

네트워크가 조용해지기를 기다리기만 할 뿐 데이터 전송이 불가능한 상태 

브리지, 스위치 디자인에서 가장 주의해야 하는 사항 

- 두 호스트 사이에 스위치/브리지가 2개 있다면 루핑이 발생할 수 있다 

(하나의 경로가 끊어져도 다른 경로를 사용할 수 있도록 하기 위해 2개 만들었다)

- CSMA/CD 특성으로 네트워크가 무용지물 상태가 된다 

 

스패닝 트리 알고리즘 (spanning tree alforithm)

루핑을 방지하는 알고리즘 

 

Fault Tolerant

장애 대비책

대부분 이중 구조를 의미하고 전체 네트워크가 하나의 지점에서 발생한 장애로 인해 영향을 받는 것을 방지하기 위한 대비책

 

Load Balancing

로드를 분산하는 것 (속도가 빨라짐)

대부분의 로드 밸런싱을 fault tolerant가 가능하지만 

fault tolerant는 load balancing이 안 되는 경우도 있다 

혼동하기 쉬우니 주의! 

 

section 09. 스패닝 트리되지 않는 스위치는 팥 없는 찐빵!

스패닝 트리 (spanning tree) 

루핑을 검색하여 루핑이 발생할 수 있는 상황을 막는 것 

- 두 개 이상의 경로가 발생하면 하나를 제외하고 나머지 경로를 자동으로 막는다

- 기존 경로에 문제가 생기면 막아놓은 경로를 풀어서 데이터를 전송 (시간 소요됨)

- 모든 스위치는 스패닝 트리 알고리즘을 지원한다 

 

전통적인 스패닝 트리 알고리즘의 약점을 보완한 방법 

약점: 기존 경로에 문제가 발생했을 때 되돌아가는데 1분 이상 소요 

- 시스코의 이더 채널(ether-channel): 여러 개의 링크가 마치 하나의 링크처럼 인식되게 하는 기술 

- 패스트 이더 채널, 기가 이더 채널: 이더 채널의 속도 차이 

- 업링크 패스트 (uplink fast): 복구가 2~3초 안에 되도록 하는 기술 

 

section 10. 라우팅이냐, 스위칭이냐

스위치는 라우터에 비해 가격이 싸고, 속도가 빠르고, 구성이 편리하다 

그러나 스위치만 사용한다면 풀리지 않는 문제들이 있다 

라우터 역할 1. 브로드캐스트

브로드캐스트 영역을 나누지 않으면 매번 모든 브로드캐스트를 받아 컴퓨터를 제대로 사용할 수 없을 것이다 

이러한 일을 방지하는 역할이 라우터 (브로드캐스트 도메인을 나눈다)

- 브리지/스위치를 사용하면 콜리젼 도메인 영역이 줄어든다 

스위치만 사용한 경우 - 브로드캐스트 도메인이 커진다

- 그러나 브로드캐스트 도메인은 커진다 

라우터를 사용한 경우 - 브로드캐스트 도메인이 작아진다

- 이걸 나눠주는 역할이 라우터 

 

라우터 역할 2. 로드 분배

여러 개의 경로를 가지고 있기에 데이터가 여러 경로로 날아갈 수 있다 

한쪽 경로에 문제가 생겨도 다른 쪽 경로로 날아가면 된다 

(스위치로도 분배가 가능하지만 제한적이다)

 

라우터 역할 3. QoS

Quality of Service 

프로토콜이나 데이터의 크기, 중요도 등 여러 상황에 따라 트래픽의 전송 순서 조정